十字隔墙湿式冷却塔冷却特性的数值研究

为阐明十字隔墙对自然通风逆流湿式冷却塔冷却特性的影响,基于CFD软件FLUENT,建立了十字隔墙湿式冷却塔的三维数值计算模型,对塔内外空气动力场及塔内气–水两相间的传热传质进行了三维数值模拟。在2种典型风向下,分析了十字隔墙对冷却塔雨区空气动力场、水池水面水温场、通风量、塔内各区平均传热传质系数、各区冷却水温降及冷却水总温降的影响。研究表明：低风速时,十字隔墙可增大冷却塔总体冷却性能;高风速时,风向与迎风侧第1块隔墙平行时,冷却塔总体冷却性得到提高,风向与迎风侧第1块隔墙夹角为45°时,冷却塔总体冷却性能下降,间隙十字隔墙可有效减小无缝十字隔墙因高速侧风风向变化而产生的不利影响。     

自然通风湿式冷却塔冷却数随外界侧风变化规律的研究

外界侧风在很大程度上影响自然通风湿式冷却塔的冷却性能。冷却数作为衡量冷却性能的指标之一,其大小决定着冷却效率的高低。该文根据相似理论,通过热态模型实验,研究外界侧风对湿式冷却塔冷却数的影响规律。实验研究表明:冷却数随外界侧风风速的增加先减小后增大,当侧风风速达到0.7~0.8m/s(相当于实际风速7~8m/s)时,冷却数基本等于无风工况下的值。当外界侧风风速为0.4 m/s(相当于实际风速4m/s)时,冷却数达到最低,与无风工况相比,其值降低20%左右,对应的冷却效率降低约10%。该研究通过现场实验验证了实验室模型实验的准确性,现场实验表明:当外界侧风达到3.5 m/s(相当于实验风速0.35 m/s)时,冷却数降低约18%,冷却效率降低约11%。     

侧风对冷却塔通风性能影响的现场试验

对某电厂一座135 MW机组的自然通风湿式冷却塔进行现场测试。通过对进风口周围流场的测试,分析侧风对冷却塔周向进风的影响。提出以进风偏斜角α来衡量进风偏斜度,以进风均匀系数ψ来量化进风恶化程度。通过计算分析侧风对冷却塔通风量、通风阻力系数和冷却数的影响,完成对冷却塔通风性能及其与热力性能关系的全面评价。最后将其与数值模拟结果进行对比分析。结果表明:自然风主要恶化了塔侧向的进风,大风下侧后方出现穿堂风;背风侧进风远小于迎风侧,但进风偏斜度较低;侧风风速增大使得各处除迎风侧外进风偏斜度增加,周向进风均匀度降低,相对于抽力对气流的径向加速作用,侧风的横向干扰作用逐渐贴近进风口,通风阻力系数增大,通风量降低,通风性能恶化,热力性能降低;由于穿堂风参与了雨区的传热传质,使得计算通风量增加,塔的热力性能有一定改善。     

环境侧风对大型逆流式冷却塔性能影响试验研究

逆流式自然通风冷却塔易受环境风影响,引起性能恶化。本文基于行业相关标准,对某现役发电厂用自然通风湿式逆流塔的进出口参数进行实塔测试。此次测试对冷却塔的进出塔参数进行了全面的监测,包括进塔空气干湿球温度、进塔水温、出塔气温、出塔水温、填料上下温度等;通过对冷却塔测试数据的整理,分析了冷却塔的通风及热力性能,重点分析了夏季工况下冷却塔的运行特性;并对比分析了导风板、导风管以及采用填料非均匀布置等优化措施对冷却塔通风及热力性能的影响。结果表明:侧风存在影响周向进风,导致冷却塔除水器上方温度不均;通过安装导风板、导风管、填料非均匀布置等改造措施,可使冷却塔性能改善。以夏季双泵高速流量工况为例,当风速达3.2 m/s时,进风均匀性提高36.7%,除水器上方温度均匀性提高10.5%;风速接近4 m/s时,冷却性能提高8.7%。本文对于同类电厂冷却塔的结构改善具有一定的参考价值。     

侧风下逆流湿式冷却塔优化进风的实验研究

为降低侧风对自然通风逆流湿式冷却塔进风的不利影响,引入一种优化进风的新方法——在进风口周向上安装导风板,同时,为定量分析冷却塔周向进风均匀性,定义进风均匀系数。基于热态模型实验,研究侧风工况下安装导风板对湿式冷却塔进风及热力性能的影响。通过对进风性能及冷却效率的对比分析,揭示了侧风影响冷却性能的2个根本原因:侧风不仅降低了通风量,还破坏了冷却塔周向进风的均匀性,冷却效率的降低是二者共同作用的结果。安装导风板对周向进风进行优化之后,通风量增大,进风均匀系数也有较大提高,塔内传热传质均匀性增强,冷却效率有较大提升。刘易斯因子分析表明,优化进风对传热的强化作用更大,但同时增加了绝对蒸发水损失。     

机械通风高位收水冷却塔三维热力特性数值研究EI北大核心CSCD

高位收水是降低湿式冷却塔能耗的有效途径,但其目前主要应用于自然通风冷却塔。鉴于此,构建机械通风高位收水冷却塔三维数值计算模型,探究无风和侧风工况下,高位收水对机械通风冷却塔热力性能的影响规律。结果表明,机械通风高位收水冷却塔配风区气流存在横向旋涡,且其受环境侧风的影响;在横向旋涡和塔体结构的共同作用下,不同位置的通风量和散热量存在明显差异,且填料区循环水温降占比和气流压降占比分别达到90.5%和51.0%;环境侧风会引起整塔通风量和循环水温降的差异性变化,当环境风速从0m/s增加到10m/s时,0°和90°风向的侧风分别会使出塔水温降低1.47℃和升高2.38℃,而其他风向对出塔水温的影响不超过0.66℃。     

强风环境下腕臂绝缘子雪晶沉积特性仿真分析

中国铁路线大量分布在风区雪区,研究接触网腕臂绝缘子表面雪晶沉积特性,对预防冬季"雪闪"和提高供电可靠性有重要意义。利用有限元仿真软件模拟风速环境下QBG-25型铁路用绝缘子雪晶沉积量,计算绝缘子表面流场速度和静压分布,分析雪晶类型和风速风向对绝缘子表面雪晶沉积的影响。仿真结果表明,在相同风速风向下,雪晶类型对绝缘子表面雪晶沉积量影响较小,其中实心枝状雪晶沉积量最大;绝缘子表面雪晶沉积量在平安装方式下随风速的增大而增大,斜安装方式下随风速的增大呈现先增大后逐渐减小的趋势;当风速为10 m/s、风向在±45°范围内,绝缘子表面雪晶沉积量与风向关系呈现"V"型分布,风向倾角为负角度时,安装方式对雪晶沉积量影响严重;伞裙表面雪晶沉积量随风向倾角的增大而增大,伞裙迎风面雪晶沉积量大于伞裙背风面沉积量。     

侧风下填料非等片距布置对超大冷却塔性能影响的数值模拟

以某超大型湿式冷却塔为研究对象,建立其三维数值模型并验证。采用20mm和30mm两种不同片距的填料进行填料区内外区布置,揭示不同风速下的相对最佳内区半径R₁,研究侧风下非等片距填料布置方式对超大型湿式冷却塔热力阻力性能的影响。结果表明:侧风下,非等片距填料能改善超大型湿式冷却塔内空气动力场和温度场的分布。在定风速下,随着内区半径R₁的增加,水温降先增大后减小,通风量不断增加。当v=2m/s时,相对最佳的内区半径R₁为45m,此时的水温降为11.80℃,与20mm等片距填料布置的水温降11.63℃相比,水温降增加0.17℃,通风量增加了650 kg/s。但随着风速增大,非等片距填料水温降不断减小,通风量和蒸发损失不断减小,非等片距填料优化效果逐渐减弱。     

1000 MW机组间接空气冷却塔的三维数值模拟

传统的经验公式和二维计算方法无法预测复杂环境下空气冷却塔的性能,因此利用计算流体动力学软件包ANSYS Fluent 13.0,建立1 000 MW机组散热器塔外布置的大型空气冷却塔三维数值计算模型,获得了塔内外空气动力场、压力场以及进出塔冷却水温度的差值。研究发现:随着环境风速的增大,空气冷却塔的散热性能不断下降,当环境风速超过6 m/s时,环境风对空气冷却塔散热的不利影响趋于平缓;增设导风板可减缓环境风速对空气冷却塔的不利影响,环境风速越大,导风板的改善效果越显著。     

侧风下自然通风湿式冷却塔出口气流的试验研究

基于热态模型试验,研究了自然通风湿式冷却塔塔顶侧风对出口气流的影响,以及由此带来的对冷却水温降和通风阻力系数的影响。通过在模型塔喉部至出口区域内布置热电偶,获得该区域内的温度场,根据温度场和速度场之间的联系,分析侧风下出口气流的流态。实验中,调节塔底侧风并保持一定风速后,通过控制塔顶侧风风机的启闭,研究塔顶侧风对冷却水温降和通风阻力系数的影响。结果表明,随着风速增大,塔顶侧风会对出口气流产生侵入、排挤、封盖和引射作用;静风时冷空气便会从塔出口侵入塔内,至风速为0.2m/s时达到最大,占出口气流的8%~10%,风速进一步增大,冷空气侵入量会逐渐减少。对水温降而言,当参考风速为0.3~0.6 m/s时,塔顶侧风可使其普遍减小2%~3%;而对冷却塔纵向通风阻力系数而言,在参考风速为0.5~0.8 m/s时,塔顶侧风影响可使其增大25%~35%。     

环境侧风与湿式冷却塔塔内通风量关系的实验研究

基于相似原理,通过热态模型实验,研究环境侧风下自然通风湿式冷却塔底部周向进风变化规律。研究表明:环境侧风破坏了冷却塔底部周向进风的轴对称分布规律,环境风速大于0.2 m/s时各处进风的不均匀性更加明显。与无风工况相比,当环境风速为0.4 m/s左右时,迎风面进风口风速为无风时的1.875倍,而背风面进风口风速仅为无风时的30%。同时分析了环境侧风下塔内漩涡分布规律,由进风口风速分布及塔内漩涡的分布规律可知,环境侧风严重影响了塔内通风量,恶化了塔内的传热传质性能。通过热态模型实验数据进行非线性回归,得到了塔内通风量(用空气重量风速表示)与环境侧风的关系,并通过140MW机组现场测试,验证了环境侧风与塔内通风量关系的准确性。     

基于冷却幅高的间接空冷塔冷却特性分析与评价

自然通风间接空冷塔的冷却性能直接关系到机组运行的经济性和安全性,为了更加直观、全面地描述空冷塔运行状态和冷却性能,针对某1 000 MW机组间接空冷系统,提出空冷塔冷却幅高的概念,建立理论计算模型,结合现场实测和机组运行数据,研究了环境条件及机组运行参数对冷却幅高的影响规律,通过对比实测冷却幅高与实测工况参数无风条件下冷却幅高计算值,分析了环境风对间接空冷塔冷却性能的影响。结果表明:冷却幅高随环境温度的升高而减小,随进水温度的升高而增大;环境风条件下,主导风向迎风面扇区的冷却幅高低于侧风面扇区。研究结果可为间接空冷系统防冻运行调控、空冷散热器管束清洗和间接空冷塔冷却性能的评价和改善提供依据。     

周向非均匀热流边界条件下太阳能高温吸热管内湍流传热特性研究

周向非均匀高密度热流引发的过热问题一直影响着太阳能热发电站中高温吸热器的运行安全。该文建立了太阳能高温吸热管对流换热电加热实验台和数值计算模型,通过实验研究和模拟计算,研究了周向非均匀热流边界条件下吸热管壁温度分布规律。研究结果显示:周向非均匀热流边界条件下吸热管壁温度分布与截面圆心角余弦呈函数关系,实验测量结果与数值计算结果吻合较好;经典Dittus-Boelter公式仍可用于计算周向非均匀热流边界条件下吸热管内的换热计算,但不适用于管壁温度分布计算。文中给出了周向非均匀热流边界条件下吸热器管壁温度计算关联式。     

发电厂冷却塔弧形布置填料层的特性分析

填料是自然通风湿式冷却塔最主要的换热部分,其换热量占冷却塔总换热量的60%~70%,具有很大的节能潜力。针对填料层的布置方式,提出了用弧形填料层替代传统水平布置填料层的构想,并借助Fluent模拟软件,建立了湿式冷却塔弧形填料层的传热传质模型。研究对比了不同弧度的填料层布置对冷却塔热力性能的影响,并计算分析了不同环境侧风下,弧形填料层冷却塔内空气流场、出塔水温等参数的变化。研究结果表明：与传统的水平布置相比,弧形布置填料层增加了一部分换热面积,改善了雨区空气流场,从而增加了冷却塔的换热量,使冷却塔抽力增加,出塔水温降低;在环境侧风条件下,这种改善效果更加显著,以填料层弧度0.12 rad为例,当环境风速6 m/s时,出塔水温最高可降低0.36℃。     

高压真空断路器用散热器的自然对流换热特性

为提高高压真空断路器的运行安全,以一种新型高压真空断路器为背景,采用计算流体动力学方法研究了不同环境温度下,圆柱形散热器竖直肋片间自然对流换热特性。结果表明:采用扩大计算区域和设置压力边界条件的方法来模拟计算自然对流换热是恰当的。在散热器肋片缝隙的进口处,气体温度较低、流速较小;在肋片缝隙中部,气体温度升高、流速较大;越靠近肋片根部,气体温度越高,但由于粘性阻力大,所以在肋片根部速度较小。在相同的环境温度下,随着肋片温度的逐渐升高,肋片的换热能力也逐渐升高;在相同的肋温情况下,随着环境温度的逐渐升高,肋片的换热能力逐渐下降。所得的肋片缝隙内自然对流的流动换热特性、肋片表面的平均Nu数对高压真空断路器散热器肋片的热力设计和进一步优化设计有重要的意义。     

超临界变压运行直流锅炉内螺纹管螺旋管圈水冷壁的传热特性研究

在压力9~28MPa,质量流速600~1200kg/(m2s),内壁热负荷200~500kW/m2的工况范围内,研究了Φ38.1×7.5mm倾斜上升内螺纹管(倾角α=19.5o)中水的传热特性。试验结果表明:在亚临界压力区,内螺纹管传热强化作用明显,有效地抑制了膜态沸腾的发生,但在近临界压力区此传热强化作用有所减弱。超临界压力区拟临界温度附近,内螺纹管内壁面与流体之间的温差较之前有所增加,但是此增幅远没有亚临界压力区发生传热后的壁温飞升幅度大。随着系统压力接近临界压力,拟临界点附近管壁与工质的温差显著增加。在超临界压力区,不同的质量流速与热负荷比例下,在大比热区内螺纹管内流体传热可能被强化也可能被恶化。在超临界压力下,由于螺旋内槽的旋流作用减弱了自然对流的影响,倾斜上升内螺纹管内壁温度的周向分布比较均匀。在高焓值区内螺纹管的周向最大温差只有10℃左右。文中提出了在考虑大比热区工质物性剧烈变化对传热影响的情况下,倾斜上升内螺纹管顶部内壁传热系数的试验关联式。     

高流速含沙浑水体流变特性试验研究

加速行进中的洪水具有高含沙、高流速和粗粒径的特点,而针对洪水的流变特性研究关注点多为高含沙量,忽略了高流速即高剪切速率的特点。以黄河下游泥沙为研究对象,系统地研究了高流速剪切条件下含沙量、剪切模式、温度和盐度对流变特性的影响。结果表明,在高流速剪切条件下（剪切速率≥ 1200 s-1,对应线性流速为3.6 m/s）,含沙量在106.64 ~ 957.83 kg/m3范围内的浑水体符合牛顿流体的应力本构关系,不存在屈服应力,表观黏度与含沙量呈指数关系。温度降低并未改变浑水体的流变特性,但会使其表观黏度增加,且温度越低黏度增幅越大,浑水体黏度增大梯度约为等温度清水的数倍至十几倍。盐度变化对该测试浑水体的表观黏度和流变特性影响甚微,可忽略不计。本研究结果可为高流速水流挟沙和远距离输沙研究提供理论参考。     

导流器叶片进口安放角对潜水泵性能的影响

导流器叶片进口安放角是影响潜水泵性能的重要几何参数,在导流器特性曲线理论分析的基础上,运用计算流体动力学理论对同一叶轮与不同进口安放角导流器组合后的潜水泵三维模型进行数值模拟,得到其性能曲线,并就安放角变化对潜水泵性能的影响规律进行分析,同时在水泵试验台上进行实测验证。结果表明:随着导叶片进口安放角的增大,潜水泵最佳工况点向大流量方向偏移。当导叶片进口安放角位于27~30时,潜水泵工作效率为75%~81%,处于较高值,相应工作流量为95~125m3/h,模拟值与实测值吻合较好。通过改变导流器叶片进口安放角,在一定工况范围内,潜水泵同样可以保持较高的效率,为增加其规格并扩大使用范围寻找出了一种新的途径。     

Correlation between space charge distribution and water-treelocation in aged XLPE cable

The correlation between charge distribution in an aged crosslinked polyethylene (XLPE) cable and the location of water trees has been studied. The space charge radial distributions at different angle in the insulating wall of a service-aged XLPE coaxial cable, induced by application of a DC stress, were measured using the pulsed electroacoustic method. Furthermore, a cross section of sliced insulating wall was observed with an optical microscope to compare with the radial space charge distribution. The cable under investigation was electrically aged in service at 6.6 kV AC for 25 years in wet conditions. Water trees were found at the position in which space charge was observed. On the other hand, no water tree was found at the position in which the space charge was not observed. Judging from these results, the space charge measurement seems to be useful for the diagnosis of water trees in aged cables